河南省建设工程碱-集料反应潜在危害及对策

王天印

洛阳黄河同力水泥责任有限公司（471600）

0 引言

碱—集料反应(Alkali-Aggregate-Reaction:AAR)是指混凝土中的碱与骨料中的碱活性成分发生的化学反应,生成遇水具有膨胀性质的凝胶，使混凝土内部产生膨胀应力，造成混凝土开裂破坏的现象[1]。

集料在混凝土中呈均匀分布，一旦发生AAR所造成的混凝土开裂破坏是整体性的,这种开裂往往又会加剧混凝土钢筋锈蚀、冻融破坏、碳化和侵蚀等多种破坏，彼此叠加和相互促进，导致混凝土耐久性迅速下降，严重的可使混凝土疏松崩解，丧失使用功能，因此又称“混凝土工程的癌症”。

混凝土工程发生AAR反应只要同时满足以下三个条件[2]就可能造成大型建筑工程的严重破坏:①集料为活性集料；②混凝土原材料(包括水泥、混合材、外加剂和水等)中含碱量高；③潮湿环境，有充分的水分或湿空气供应。因此，凡水利工程开采集料时必须进行碱活性检验,并同时采用低碱水泥等预防碱集料反应的措施。但以上必不可少的检验过程在实际工程中往往被人们所忽略，使得碱集料反应的潜在危害增加。我国在八十年代以后也相继出现了多起AAR破坏实例[3]，造成的损失是不言而喻的。

1 我省混凝土工程碱-集料反应的潜在危险

1.1 我省水泥碱含量大多数超标

由于受原材料影响,河南省内水泥企业生产的水泥中碱含量大部分超出国家标准规定的碱含量安全指标。例如，笔者统计的总计56个样品中，共有24个样品碱含量合格，合格率仅占43%。其中最高碱含量为1.11，超出国家标准规定的安全含量近1倍，如表1所示。

由于水泥在混凝土中使用量大,所以其碱含量成为混凝土中碱含量的最重要的来源。尽管国家已经逐步推出了有关水泥中碱含量的指标,但是碱含量标准仍属于非强制性执行的参考标准。有不少建设工程也对水泥的碱含量进行检测,但是未能采取有效的预防碱—集料反应的综合检测方法，往往难以把控制落到实处。

表1 河南省主要水泥生产企业碱含量检测数据

1.2 砂、石集料碱含量不容忽视

表2是我省部分混凝土集料碱含量化验结果。由此看出，建筑用砂碱含量大部分在5%以上，而石子的碱含量在0.01%～2.4%之间，如果不加限制，则会导致混凝土总的碱含量升高。必须指出，我省大部分地区的建筑用砂、石的碱活性都较高,成为造成混凝土碱—集料反应危害的主要因素之一。另外，部分地区建筑工程使用的河卵石，属于具有较高的碱活性的集料范畴,应该尽量避免使用或采用严格的监控措施和方法。

表2 砂、石集料碱含量检测数据

1.3 部分外加剂碱含量高

目前，混凝土外加剂在施工中被普遍使用，这更加大了我省大体积建筑工程碱—集料反应隐患的严重程度。表3的检验结果表明，常用的外加剂中碱含量最高达到17.28%，有一半以上碱含量超过10%，如果不加控制，势必成为混凝土碱含量超标的又一个原因。

表3 常用几种混凝土外加剂碱含量检测数据

1.4 部分混凝土添加矿粉中碱含量高

部分混凝土搅拌站在生产过程中，掺加矿渣粉、粉煤灰作为混合材，也可能会带入一定量的碱。

目前，我省处于基础设施建设的黄金时期，国家重点建设工程、高速公路建设工程、大型场馆基础建设工程项目繁多。尽管碱含量问题已经引起了部分领导部门、工程监理部门和研究人员的重视，但未能进行系统有效的检验和监控。在相临的湖北省内,所有大型建设工程和高速公路建设工程原材料均被强制进行在武汉理工大学进行碱含量检测和碱活性检验。在我省，郑州大学建材实验室根据部分高速公路施工路段和重点建设工程的要求,结合河南省建设工程项目和原材料状况,初步提出了河南省大型建设工程碱—集料反应检测方法和参考标准。

1.5 模拟碱活性检验结果不容乐观

郑州大学材料学院建材实验室对郑州、南阳、信阳、三门峡、焦作等地部分建筑工地、南阳地区部分高速公路标段等大型工程的砂、石集料进行了随机抽样碱活性模拟检验，所得结果表明:石子样品碱—集料反应活性基本合格，而个别中砂具有潜在的碱—集料反应活性。例如,编号为ZZJ-0001的检验报告中,三条试块膨胀率分别为0.10%、0.08%和0.14%，评定结果为0.12%,判定为具有潜在的碱-集料反应活性。这表明,对于河南省境内大型混凝土建设工程进行碱活性检验具有非常重要的意义，也是非常必要的。

2 对策与措施

根据我省具体情况，笔者提出应从以下几个方面入手，避免乃致遏止碱—集料反应在大体积混凝土制品和重点工程中的潜在的破坏作用。

2.1 明确碱—集料反应潜在危害的检验方法和评定标准

目前,我省建筑行业没有明确的检验碱—集料反应的标准。郑州大学材料学院检测中心根据河南省本地的具体情况,结合国际、国内有关建筑工程碱—集料反应检测标准，以美国国家标准ASTMC1260[4]基础，提出了以TB/T2922.5-2002《快速砂浆棒法》作为主要检验方法,以GB/T14685-2001岩相法为辅助检验方法的组合检验标准。具有样品处理方法简单可行、检验方法快速、检验误差小、检验结果复演性好等优点[5]。

根据我省具体情况，对于大体积混凝土建设工程，当试块膨胀率小于0.10%时,为非碱活性集料；当膨胀率在0.10%～0.20%之间时，为潜在碱活性集料，应当慎用，或依照有关标准进行进一步试验后确定能否使用；当膨胀率大于0.20%时，为碱活性集料，严禁使用。

2.2 严格控制大体积工程使用水泥的碱含量

根据我省大多数水泥生产企业产品中碱含量超标的具体问题，应当建立水泥供应企业产品碱含量台帐。严格控制大体积建筑工程用水泥的碱含量不超过0.60%。对每一批购进水泥都要进行碱含量检测,把碱超标水泥阻挡在工地之外。

2.3 严格控制建筑用骨料质量

对于大体积建筑工程用砂、石骨料，在使用前必须进行碱活性试验，拒绝碱活性超标的骨料进入建筑工地。

2.4 严格控制混凝土外加剂和外掺矿粉的碱含量

对于在建筑施工中使用的混凝土外加剂,应该严格限制其碱含量,同时严格控制混凝土搅拌过程中添加的矿渣粉和粉煤灰中的碱含量,拒绝使用碱含量高的混凝土外加剂和掺和料。

2.5 建立严格的检测控制制度

委托可靠的试验检测机构,对大体积工程用水泥和骨料实行碱含量检测和骨料碱活性进行检验，建立水泥、骨料碱含量和碱活性台帐，以科学的态度和手段彻底杜绝碱-集料反应对我省大体积建设工程的潜在危害。

只要从源头上入手进行严格的控制,完全能够使我省大型建筑工程避免碱—集料反应引起的危害,保证国家资源和人民群众生命财产的安全。

3 结论

1）河南省大型混凝土工程存在潜在的碱—集料反应危害。利用有效的试验检测手段，对省内大型混凝土工程所用骨料进行碱活性检验是非常必要的。

2）混凝土中的碱来源于水泥、碱活性骨料、混凝土外加剂或碱含量高的掺和料以及养护过程碱侵入。只要严格控制水泥碱含量、碱活性骨料、外加剂、混合材碱含量和混凝土养护环境条件,就完全能避免碱—集料反应对混凝土的破坏作用，保证建筑工程的长期质量安全。

3）建议以TB/T2922.5-2002《快速砂浆棒法》作为主要检验方法，以GB/T14685-2001岩相法为辅助检验方法的组合检验标准。

4）碱—集料活性快速检验结果评定，当试块膨胀率小于0.10%时，为非碱活性集料；当膨胀率在0.10%～0.20%之间时，为潜在碱活性集料，应当慎用，或进行进一步试验后确定能否使用；当膨胀率大于0.20%时，为碱活性集料，严禁使用。

[1] 于文勇,黄晶岩,王国锋.混凝土碱集料反应及预防措施[J].黑龙江交通科技,2003,4:82

[2] 李青芳,李林,倪亚敏.碱-集料反应机理及条件分析[J].山西建筑,2002,14（31）:159

[3] 邓敏.碱-碳酸盐反应－国内工程实例、机理和抑制措施[J].南京:南京化工学院,1992

[4] 卢都友,许仲梓,吕忆农,唐明述.集料ASR碱活性检测方法评述[J].南京化工大学学报,1998,2(5):86

[5] 刘珩,卢都友,许仲梓.集料碱活性检测方法评述[J].混凝土与水泥制品,2003,4:2